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【摘 要】頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫關(guān)系著核反應(yīng)堆回路系統(tǒng)的安全運(yùn)行，為有效避免安全事故的發(fā)生，必須對(duì)該類(lèi)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。根據(jù)無(wú)損檢測(cè)規(guī)范要求，儀表測(cè)量管異種金屬焊縫適合進(jìn)行超聲檢查。然而，由于儀表測(cè)量管周?chē)臻g狹小，安裝及檢測(cè)受到相關(guān)零件的限制，而且目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)對(duì)此部位焊縫檢查的成熟技術(shù)及專(zhuān)用檢查裝置。為此，本文提出了一種核反應(yīng)堆壓力容器一回路系統(tǒng)的頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫檢查裝置，其能夠按照相關(guān)檢查規(guī)范要求有效的對(duì)該處焊縫進(jìn)行超聲自動(dòng)檢查，確保險(xiǎn)期檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

【關(guān)鍵詞】核反應(yīng)堆；焊縫；超聲自動(dòng)檢查裝置

0 引言

核電站壓力容器頂蓋儀表測(cè)量管（如圖1）用于壓力容器內(nèi)中子通量的測(cè)量，每個(gè)頂蓋上分布有8根儀表測(cè)量管，儀表測(cè)量管屬于一回路系統(tǒng)重要組成部分，其異種金屬焊縫的焊接容易產(chǎn)生氣泡、裂紋等缺陷，存在缺陷的焊縫在缺陷位置容易產(chǎn)生斷裂[1-2]，使一回路帶放射性物質(zhì)存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，因此必須定期對(duì)該類(lèi)焊縫進(jìn)行檢查。異種金屬焊縫超聲檢測(cè)在國(guó)內(nèi)、外領(lǐng)域都是難題，不同國(guó)家的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)方法也各不相同。由于超聲檢測(cè)具有檢測(cè)成本低、速度快、靈敏度高、儀器輕、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用在核電設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中[3-4]。

1 儀表測(cè)量管簡(jiǎn)介

帶儀表測(cè)量管的壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)不同于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有堆型，其反應(yīng)堆壓力容器沒(méi)有設(shè)計(jì)底部貫穿件，所有的測(cè)量通道均布置在頂蓋上，頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫是該關(guān)鍵設(shè)備上的薄弱環(huán)節(jié)，相應(yīng)規(guī)范也將其納入強(qiáng)制必檢項(xiàng)目，檢查實(shí)施方式及檢查質(zhì)量都受到業(yè)主及監(jiān)管機(jī)構(gòu)高度重視。

壓力容器頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫共8條，在頂蓋周?chē)鶆蚍植?，其壁厚?3.4mm，外徑？準(zhǔn)187.5mm，儀表測(cè)量管外表面與下筒體內(nèi)表面間最小尺寸為115.8mm。其模型如圖1所示：1.儀表測(cè)量管接管；2.異種金屬焊縫；3.儀表測(cè)量管。頂蓋上除了有儀表測(cè)量管外，還有其它很多附屬設(shè)備分布于周?chē)?，焊縫所處位置空間狹小，其模型如圖2所示：1.頂蓋2.門(mén)孔3.儀表測(cè)量管4.下筒體5.擋流板6.CRDM管；頂蓋區(qū)域?qū)儆诟邉┝繀^(qū)，對(duì)在該區(qū)域進(jìn)行檢查設(shè)備安裝、操作人員有較大影響。

目前比較成熟的異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查技術(shù)主要是針對(duì)壓力容器進(jìn)水口、出水口接管焊縫，而儀表測(cè)量管異種金屬焊縫直徑小、壁厚薄，雖然二者材質(zhì)相近，但結(jié)構(gòu)尺寸以及周?chē)h(huán)境存在巨大差異，使得壓力容器進(jìn)水口、出水口接管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢驗(yàn)技術(shù)在此不能適用。因此，必須針對(duì)儀表測(cè)量管異種金屬焊縫開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的檢查設(shè)備及超聲檢驗(yàn)技術(shù)。

2 頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置總體設(shè)計(jì)

2.1 檢查裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3所示為頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查檢測(cè)示意圖，它包括軸向定位組件，周向運(yùn)動(dòng)組件、軸向運(yùn)動(dòng)組件及耦合劑儲(chǔ)存組件等四個(gè)部分，其中軸向定位組件安裝于儀表測(cè)量管頂端后，保證軸向、周向運(yùn)動(dòng)組件在儀表測(cè)量管軸向每次安裝位置一致，周向定位桿將周向運(yùn)動(dòng)組件周向限位，軸向運(yùn)動(dòng)組件固定在周向運(yùn)動(dòng)上，周向運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)軸向運(yùn)動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)探頭整體旋轉(zhuǎn)。

周向運(yùn)動(dòng)組件由導(dǎo)軌滾輪副限制其余五個(gè)自由度，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，只能繞導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，其定位采用兩個(gè)固定夾定心，此兩個(gè)固定夾呈120°角度分布，在與兩固定夾分別成120°的位置，設(shè)計(jì)有一快速夾緊機(jī)構(gòu)，使其安裝過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)快速安裝，準(zhǔn)確定位。軸向運(yùn)動(dòng)組件螺紋連接在周向運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)載體上，在周向運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下，軸向運(yùn)動(dòng)組件整體繞儀表測(cè)量管旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的相互配合，可以實(shí)現(xiàn)儀表測(cè)量管異種金屬焊縫的軸向與周向自動(dòng)掃查。

2.2 檢查裝置系統(tǒng)說(shuō)明

壓力容器頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和超聲系統(tǒng)等三個(gè)方面內(nèi)容研究，其檢查設(shè)備研究框圖如圖4所示：

3 技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

1）儀表測(cè)量管周?chē)臻g狹小，安裝及檢測(cè)受到下筒體、頂蓋、擋流板、CRDM管等部件的限制（如圖2）；

2）軸向與周向定位準(zhǔn)確、可靠，同時(shí)，保證安裝時(shí)間盡量少，設(shè)備輕便；

3）耦合劑收集困難。

3.2 解決方法

3.2.1 儀表測(cè)量管周?chē)臻g狹小，障礙物多的解決方法

針對(duì)周?chē)臻g狹小，障礙物多特點(diǎn)，儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置設(shè)計(jì)時(shí)，合理選用和布置傳動(dòng)方式，控制軸向運(yùn)動(dòng)組件和周向運(yùn)動(dòng)組件各零部件尺寸，每個(gè)尺寸都經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算，建立其三維模型，確保每個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)確，最終保證其三維模型與實(shí)物一致，確保裝置研發(fā)成功。

3.2.2 周向、軸向準(zhǔn)備定位、快速安裝解決方法

為了實(shí)現(xiàn)快速安裝，保證人體在設(shè)備安裝過(guò)程中被照射劑量盡量低，軸向定位組件、周向運(yùn)動(dòng)組件、耦合劑收集組件均設(shè)計(jì)由兩半組成，一端由合頁(yè)把兩部分連接好，另一端靠快速夾鉗將兩部分快速夾緊，使其連接后成一個(gè)整圈。軸向定位組件中有三根定位桿與周向運(yùn)動(dòng)組件中三個(gè)定位塊相連，能保證軸向尺寸每次安裝一致，周向定位采用周向定位桿與最近的一根CRDM管相切，周向定位桿固定于周向運(yùn)動(dòng)組件上，該方法能保證裝置每次安裝于儀表測(cè)量管后，與儀表測(cè)量管周向角度一致。

3.2.3 耦合劑收集困難解決方法

在檢查裝置的下部擺放一個(gè)專(zhuān)用裝置進(jìn)行耦合劑收集，此裝置底部一側(cè)與下筒體上表面支撐面貼合，設(shè)計(jì)時(shí)保證此裝置與儀表測(cè)量管聯(lián)接件采用橡膠材質(zhì)，快速夾鉗夾緊的同時(shí)，保證橡膠與儀表測(cè)量管緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)掃查過(guò)程中順著儀表測(cè)量管外壁往下流的耦合劑進(jìn)行收集，為了保證耦合劑形成一個(gè)閉合回路，在此耦合劑收集裝置下部開(kāi)有兩個(gè)引流孔，然后通過(guò)水管引至專(zhuān)用耦合劑儲(chǔ)存裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)進(jìn)行儀表測(cè)量管周向和軸向焊縫檢查功能的頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置，詳述了頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查的結(jié)構(gòu)特征，詳述了周向往復(fù)掃查、軸向往復(fù)掃查、周向定位與軸向定位的實(shí)現(xiàn)方法。保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，減少了人體受放射性射線的照射，為頂蓋儀表測(cè)量管異種金屬焊縫的超聲檢查帶來(lái)幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馮小平，楊峰，李亞維，等.鑄件的超聲波檢測(cè)分析[J].熱加工工藝，2015，41（3）：79-80.

[2]袁建中.異種金屬焊縫表面和近表面超聲爬波檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)核工業(yè)，2010（6）：147-150.

[3]雒里柯.異種金屬焊縫常規(guī)超聲檢測(cè)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].無(wú)損探傷，2013，37（6）：32-33.

[4]楊芷，楊茂.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用綜述[J].金屬世界，2013（5）：22-25.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]